JP4280909B2

JP4280909B2 - 画像形成装置

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Publication number: JP4280909B2
Application number: JP2003295009A
Authority: JP
Inventors: 稔岸上
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2003-08-19
Filing date: 2003-08-19
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2023-08-19
Also published as: JP2005062659A

Description

本発明は、潜像が形成される像担持体と、ステッピングモータにより回転駆動される現像剤を搬送する現像ローラを有し前記潜像を現像する現像器と、回転軸中心に前記現像器を支持して前記像担持体に対向する現像位置に回転移動させるロータリー現像装置とを備え、前記像担持体に形成された潜像を前記現像位置で前記現像器により現像し、該現像された現像剤像を転写位置で媒体に転写して画像を形成するように構成した画像形成装置に関する。

画像形成装置では、像担持体である感光体の外周に、回転方向に沿って感光体を一様に帯電するための帯電装置、感光体上に静電潜像を形成するための露光装置、静電潜像を現像するための現像器、感光体上のトナー像を転写体に転写する転写装置、転写後の感光体の表面をクリーニングするクリーナなどが配設される。そして、感光体上に露光装置により形成された静電潜像を現像器により現像してトナー像を形成し、形成されたトナー像を転写体に転写して、転写後の感光体上の残留トナーをクリーナにより感光体上から取り除くようにしている。

フルカラー画像を形成する画像形成装置の場合には、イエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫのそれぞれの現像器により感光体上に形成されたカラートナー像を中間転写媒体上に順次転写して色重ねする。そのため、ロータリー式のものとタンデム式のものがあり、これらのうち、ロータリー式の画像形成装置は、ロータリーフレームの回転軸中心に放射状に複数の現像器（現像カートリッジ）を着脱可能に搭載して回転移動するロータリー現像装置を備え、ロータリー現像装置の現像色切り替え動作により感光体表面に対向する現像位置にロータリー現像装置の各色の現像器を順次回転移動させて、感光体表面に形成された静電潜像のトナー像に現像している。このロータリー現像装置を備えたカラー画像形成装置では、感光体と現像ローラ（現像剤担持体）との適正なギャップを確保するための感光体との位置決めとして、現像器を感光体方向に付勢することにより、現像ローラと同軸上に配置したコロを感光体に突き当てる方式が知られている。（例えば、特許文献１、２参照）。

ロータリー現像装置は、回転移動して停止する各現像器の現像位置、交換位置、待機位置を有し、それら所定位置に順次位置決めしてロックする方法としては、ロータリーを回転するための駆動モータのホールド力を利用するのが最も単純であるが、ホールド時の駆動モータの消費電力やホールド性等を考慮すると、駆動モータのホールド力に頼らず、何らかの機械的手段でロータリーの位置決めをすることが望ましい。そこで、従来は、画像形成装置本体に設けられたレバーをロータリーの一部に係合させることで、ロータリーを機械的に位置決めすることが提案されている（例えば、特許文献３参照）。このレバーは、ロータリーを位置決めしない退避位置とロータリーに係合してロータリーを位置決めする位置決め位置（拘束位置）との間で移動可能に設けられ、位置決め位置でロータリーフレームの一部に係合させている。
特開２００３−６６８０１号公報特開２００２−８２５３２号公報特開２００２−２８７４６１号公報

上記従来のロータリー現像装置を備えたカラー画像形成装置において、フルカラー画像を形成する場合には、ロータリー現像装置の現像色切り替え動作により複数の現像器を順次切り替えながら、同様に現像、転写を繰り返し複数のトナー像を重ね合わせるが、単色の画像を形成する場合には、所定の現像器を感光体と対向させたまま繰り返しトナー像を形成する。すなわち、フルカラー画像の場合には、ロータリー現像装置の現像色切り替え動作により現像器を切り替える際に現像ローラの回転を停止させるが、例えば、黒色のみの画像を連続して形成する場合には、現像器を切り替える必要がなく、現像ローラの回転を停止させる必要もない。そのため、現像ローラは、実際には現像していない時、例えば、感光体の潜像と潜像との間、いわゆる紙間と対向しているときにおいても、トナーを担持して回転し続けるため、トナーを無駄に消耗し、機内を汚染する。

また、現像ローラには、トナーの層厚を規制する部材が当接されており、現像ローラが回転することにより、現像ローラに担持されたトナー（現像剤）の層厚を規制すると共に、摩擦によってトナーに電荷を付与している。このため、現像ローラが回転している間は、現像ローラ及び層厚規制部材とトナーとが、又は、トナー同士が摩擦し合って、少なからず摩耗していくことになる。

したがって、単色のトナーにより複数枚の画像を連続して印刷する場合のように、１枚目の紙への印刷から最後の紙への印刷が終了するまでの間、特に現像していないときも含めて現像ローラを回転し続けると、トナーや層厚規制部材が無用に摩耗し、トナーに適正な電荷が与えられず、形成される画像の画質が低下する虞があるという課題があった。また、単色のトナーのみによる印刷のほとんどは、黒色のトナーにて行われるため、黒色のトナー及び、現像器の部材における摩耗が、他の色のトナー等より進行してしまい、それら現像器間において、構成している部材の摩耗量が大きく相違してしまうという課題があった。

本発明は、上記課題を解決するものであって、連続画像形成時における無用なトナーの消耗、機内汚染、トナー及び層厚規制部材等の摩耗や劣化を低減させるものである。

そのために本発明は、潜像が形成される像担持体と、ステッピングモータにより回転駆動される現像剤を搬送する現像ローラを有し前記潜像を現像する現像器と、回転軸中心に前記現像器を支持して前記像担持体に対向する現像位置に回転移動させるロータリー現像装置とを備え、前記像担持体に形成された潜像を前記現像位置で前記現像器により現像し、該現像された現像剤像を転写位置で媒体に転写して画像を形成するように構成した画像形成装置において、前記ステッピングモータにより前記現像位置にある前記現像ローラを前記像担持体の潜像領域で回転駆動し、前記像担持体の非潜像領域で回転を停止させて回転駆動時の電流より低い電流で同一の位相に保持しホールド状態とすることを特徴とする。

前記ステッピングモータの回転を停止させるとき、スローダウン制御を行い、前記非潜像領域の先端が前記現像位置に達した後、前記非潜像領域の先端が前記転写位置に達した後、前記潜像領域の後端が前記現像位置に達した後に前記スローダウン制御を開始し、前記現像ローラの回転を停止させるとき、前記現像ローラが前記像担持体と同じ回転速度近傍で減速加速度を落とすようにすることを特徴とする。

前記非潜像領域の後端より前記ステッピングモータにより前記現像ローラを回転駆動するとき、スローアップ制御を行い、前記非潜像領域の後端が前記現像位置に達する前に前記スローアップ制御を開始することを特徴とする。

前記非潜像領域は、特定の前記現像器により前記像担持体に複数の潜像を連続して形成し現像する場合の前記連続する潜像間であり、前記現像位置にある前記現像器は、現像ローラと同軸上に配置したコロにより前記像担持体に突き当てられていることを特徴とする。

本発明によれば、潜像が形成される像担持体と、ステッピングモータにより回転駆動される現像剤を搬送する現像ローラを有し潜像を現像する現像器と、回転軸中心に現像器を支持して像担持体に対向する現像位置に回転移動させるロータリー現像装置とを備え、像担持体に形成された潜像を現像位置で現像器により現像し、該現像された現像剤像を転写位置で媒体に転写して画像を形成するように構成した画像形成装置において、ステッピングモータにより現像位置にある現像ローラを像担持体の潜像領域で回転駆動し、像担持体の非潜像領域で回転を停止させて回転駆動時の電流より低い電流で同一の位相に保持しホールド状態とするので、現像を行わない非潜像領域で現像ローラが無駄な現像剤を搬送することにより現像剤が消耗し、現像剤が機内に散乱して汚染するのを防ぐことができる。しかも、停止中のホールド電流を低くすることにより、電力の無駄な消費、発熱を抑えることができる。

ステッピングモータの回転を停止させるとき、スローダウン制御を行い、非潜像領域の先端が現像位置に達した後、非潜像領域の先端が転写位置に達した後、あるいは潜像領域の後端が現像位置に達した後にスローダウン制御を開始し、現像ローラの回転を停止させるとき、現像ローラが像担持体と同じ回転速度近傍で減速加速度を落とすようにするので、停止の際に転写中であっても像担持体の回転ムラの発生を押さえ、現像剤像の転写ズレの発生を防ぐことができ、画像ムラ、スジの発生による画像の劣化を防ぐことができる。

非潜像領域の後端よりステッピングモータにより現像ローラを回転駆動するとき、スローアップ制御を行い、非潜像領域の後端が現像位置に達する前にスローアップ制御を開始するので、潜像の形成が行われていても、像担持体の回転ムラの発生を押さえ、潜像ムラなどの発生を防ぐことができ、画像ムラ、スジの発生による画像の劣化を防ぐことができる。

非潜像領域は、特定の現像器により像担持体に複数の潜像を連続して形成し現像する場合の連続する潜像間であり、現像位置にある現像器は、現像ローラと同軸上に配置したコロにより像担持体に突き当てられているので、単色の画像形成の際に現像位置に現像器が固定されたまま現像ローラが停止しても、その停止に伴う像担持体の負荷の大きな変化を吸収することができ、像担持体の回転ムラの発生を押さえ、潜像ムラ、転写ズレなどの発生を防ぐことができ、画像ムラ、スジの発生による画像の劣化を防ぐことができる。

本発明によれば、特定の現像器を用いて潜像領域を連続して現像する場合であっても、潜像を現像しない非潜像領域では、現像ローラの回転を停止させるので、現像剤及び現像ローラに当接される部材などの無用な摩耗や劣化を防止することが可能となる。また、複数の現像器を回転移動させて順次現像する場合、及び、現像器を移動させることなく連続して特定の現像器で現像する場合のいずれの場合においても、潜像を現像しないときには、現像ローラの回転を停止させるので、現像剤及び現像ローラに当接される部材などの無用な摩耗や劣化が、特定の現像器のみ進行することを防止することが可能となる。さらに、非潜像領域の先端が現像位置に達した後現像ローラの回転を停止させるので、潜像領域における現像が確保され、画像後端が欠けたり、濃度が低下することを防止することが可能となり、一の媒体分の潜像と次に現像する媒体分の潜像との間の僅かな領域でも現像ローラを停止させることにより、現像剤や、層厚規制部材などの無用な摩耗や劣化を大幅に低減させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る画像形成装置の実施の形態を示す図であり、図中、１は画像形成装置、２は本体ケース、３は感光体、４は帯電装置、５は露光装置、６は現像器、７は感光体クリーナ、８はロータリー現像装置、９はロータリーフレーム、１２は中間転写ベルト、１３は１次転写ローラ、１４は転写ベルトクリーナ、１５は２次転写ローラ、１６は電源装置、１７は給紙トレイ、２０は定着ユニット、２１は排紙トレイ、２２は紙搬送ユニットを示す。

本実施形態の画像形成装置１は、図１に示すように本体ケース２の上部に形成された排紙トレイ２１と、前面に開閉自在に挿着された前面カバー２ａを有する。本体ケース２内には、複数の現像器を搭載したロータリー現像装置８、静電潜像が形成され現像されてトナー像が形成される感光体３、感光体３上のトナー像が転写される中間転写ユニット、電源装置１６、記録媒体を収容する給紙トレイ１７、記録媒体上のトナー像を定着する定着ユニット２０、ユーザヘの報知手段をなし液晶パネルでなる表示ユニット、各駆動モータやバイアス、これらのユニット等を制御し画像形成装置としての動作を司る制御ユニットなどが配設されている。また、前面カバー２ａ内には給紙トレイ１７から記録媒体を２次転写ローラ１５を通して定着ユニット２０に搬送する紙搬送ユニット２２が配設されている。そして、各ユニットは、本体に対して着脱可能な構成であり、メンテナンス時等には一体的に取り外して修理または交換を行うことが可能な構成になっている。

像担持体である感光体３は、薄肉円筒状の導電性基材と、その表面に形成された感光層とを有する。その感光体３の外周には、回転方向に沿って感光体３を一様に帯電するための帯電装置４、感光体３上に静電潜像を形成するための露光装置（又は書込装置）５、静電潜像を現像するためのロータリー現像装置８、感光体３上のトナー像が転写される中間転写ベルト１２、及び中間転写ベルト１２にトナー像を１次転写する中間転写ユニット、１次転写後の感光体３の表面をクリーニングする感光体クリーナ７などが配設されている。

中間転写ユニットは、駆動ローラ１０および従動ローラ１１と、無端状のベルトからなり両ローラ１０、１１に巻架され図示矢印方向に駆動されて感光体３上のトナー像が転写される中間転写ベルト１２と、中間転写ベルト１２の裏面で感光体３に対向して配設され感光体３上のトナー像を中間転写ベルト１２に１次転写するための一次転写ローラ１３と、中間転写ベルト１２上の残留トナーを除去する転写ベルトクリーナ１４と、駆動ローラ１０に対向して配設され、中間転写ベルト１２上に形成された４色フルカラーのトナー像を記録媒体（紙等）上に２次転写するための二次転写ローラ１５とからなっている。

露光装置５の下方には電源機器１６が配設され、また本体ケース２の底部には給紙カセット１７が配設され、給紙カセット１７内の記録媒体は、ピックアップローラ１８、シート材搬送路１９、二次転写ローラ１５、定着装置２０を経て排紙トレイ２１に搬送されるように構成されている。なお、給紙カセット１７は把手１７ｂにより装置前方に引き出し可能に装着されているとともに、用紙サイズが大きい場合に対応できるように、装置後方に突出するように引き出し可能に補助カセット１７ａが装着されている。

図２は現像器の駆動輪列と現像器の揺動付勢機構を示す図、図３はロータリー現像装置の位置決め機構の例を示す図である。９ａは現像器付勢バネ、９ｂは嵌合ガタ止め弾性部材、３１は駆動モータ、３２は駆動出力歯車、３３はロータリーアイドラ歯車、３４は現像器入力歯車、３５は現像ローラ歯車、４１は凸部、４２はロータリ位相用検知センサ、４３はセンサ遮光リブ、４４はロックレバー、４５はソレノイド、４６は凹部、４７は、４８はロックレバー付勢スプリング支点を示す。

図２に示すように現像器６の着脱に際しての輪列の係合、離脱は、ロータリーフレーム９に配置されたロータリーアイドラ歯車３３と現像器入力歯車３４との間で行われ、現像器６は、そのロータリーアイドラ歯車３３の回転軸の先端に設けられた現像器位置決めピンを使った位置決め機構により、ロータリーアイドラ歯車３３の回転中心軸でロータリー現像装置８に揺動自在に高精度に位置決めされる。この位置決め機構により、遊びやガタを少なくし円滑に係合、離脱を行わせる。そして、ロータリーアイドラ歯車３３が駆動出力歯車３２に噛み合い、駆動モータ３１により駆動される。現像プロセスの色に対応する現像器６が現像位置にくるようにロータリー現像装置８を回転させたとき、駆動出力歯車３２は、ロータリー現像装置８のロータリーフレーム９に配置されたロータリーアイドラ歯車３３と噛み合うようになっている。

駆動出力歯車３２を反時計方向、ロータリーアイドラ歯車３３を時計方向に駆動することにより、現像器６は、現像器入力歯車３４、現像ローラ歯車３５からなる輪列がロータリーアイドラ歯車３３と噛み合う。この輪列の構成において、ロータリーアイドラ歯車３３と現像器入力歯車３４との噛み合いで発生する駆動力が、現像器６をロータリー現像装置８の半径方向外側、つまり感光体３の中心方向に向かう回転方向となる。

したがって、その駆動反力を現像器６の現像ローラ６ａを感光体３に押圧する方向に作用させ、さらに、ロータリーフレーム９に固定した現像器付勢バネ９ａにより現像器６の背面から現像ローラ６ａを感光体３に押圧して現像器６が揺動付勢される。これらの現像器６の揺動付勢に対し、嵌合ガタ止め弾性部材９ｂは、位置決めピンと現像器６の位置決め穴との嵌合位置決め部の近傍において、ロータリー現像装置８の回転軸と感光体３の回転軸とを結ぶ線と直交する方向に寄せる片寄せ部材として配設されている。特に、嵌合ガタ止め弾性部材９ｂにより片寄せする力の方向を揺動支点中心に向けると、現像器６の揺動に対して分力が作用しないので、安定した現像ローラ６ａと感光体３の与圧力を維持することができる。

ロータリー現像装置８において各現像器６をそれぞれ待機位置、現像位置、着脱位置に位置決めするため、図３に示すような位置決め機構が設けられる。この位置決め機構は、ロータリー現像装置８の他端側に、ロータリー現像装置８を所定位置に停止させかつその停止位置に保持するロック手段が設けられている。

ロック手段は、ロータリフレーム９の各現像器６の搭載部のそれぞれ対応して固定された一対の凸部（被係合部）４１ａ，ｂ、及び１つの凸部４１ｃと、これらの凸部４１ａ，ｂ，ｃの１つに選択的に係合可能な凹部４６を一端部に有し、かつ支点４７を中心に回動可能なロックレバー（係合部）４４と、このロックレバー４４の凹部４６と反対側の端部に連結されて凹部４６が凸部４１ａ，ｂの１つに係合する方向に常時付勢するロックレバー付勢スプリング（付勢手段）４８と、ロックレバー４４の凹部４６と支点４７との間にプランジャ４５ａが連結されて、このプランジャ４５ａによりロックを解除する作動時に凹部４６が凸部４１ａ，ｂの１つから離れる方向にロックレバー付勢スプリング４８のスプリング力に対抗してソレノイド力をロックレバー４４に作用するソレノイド（移動手段）４５とから構成されている。

また、図３において、ロータリ位相用検知センサ４２は、ロータリフレーム９に取り付けられたセンサ遮光リブ４３の通過を検知するものであり、センサ遮光リブ４３がロータリ位相用検知センサ４２を通過してからの回転角により各現像器６の現像位置、着脱位置、待機位置を検知する。ロータリー現像装置８の一端側で示した図１では、回転方向を反時計廻りとしているので、図３に示す他端側では、回転方向が時計廻りとなる。したがって、例えばロータリー現像装置８をホームポジションで待機状態にする場合には、ロータリー現像装置８が時計廻りに回転移動し、遮光リブ４３がロータリ位相用検知センサ４２を通過した後、さらに４５deg 回転移動して凸部４１ｃがロックレバー４４の凹部４６と係合することにより、待機位置に位置決めされ待機状態となる。

また、検知位置において検知装置により各現像器６のトナー色を識別することができ、この検知位置におけるトナー色の識別情報から待機位置を決定することができる。このことから、上記ロータリ位相用検知センサ４２と遮光リブ４３による駆動制御を行うことなく、検知位置でのトナー色の識別情報によりロータリー現像装置８をホームポジションまで回転移動させるように駆動制御を行ってもよい。

図４は制御ユニットを含む全体の制御系の構成例を示す図であり、制御ユニット１００は、メインコントローラ１０１と、ユニットコントローラ１０２とで構成され、メインコントローラ１０１には画像信号が入力され、この画像信号に基づく指令に応じてユニットコントローラ１０２が前記各ユニット等を制御して画像を形成する。

メインコントローラ１０１は、インターフェイス１１２を介してホスト装置と接続され、このホスト装置から入力された画像信号を記憶するための画像メモリ１１３を備えている。ユニットコントローラ１０２は、ＣＰＵ１２０、シリアルインターフェイス（Ｉ／Ｆ）１２１、入出力ポート１２３、各ユニットの駆動制御回路（帯電駆動制御回路１３０、露光駆動制御回路１４０、ロータリー駆動制御回路１５０、１次転写ユニット・クリーニングユニット・２次転写ユニット・定着ユニット・表示ユニットの各駆動制御回路１６０) などを備え、装置本体の各ユニット（帯電装置４、露光装置５、ロータリー現像装置８、１次転写ユニット１３、クリーニングユニット１４、２次転写ユニット１５、定着ユニット２０、表示ユニット３８）に接続され、それら各ユニットが備えるセンサからの信号を受信することによって、各ユニットの状態を検出しつつ、メインコントローラ１０１から入力される信号に基づいて、各ユニットを制御しつつ駆動する。

ユニットコントローラ１０２が備えるＣＰＵ１２０は、シリアルインターフェイス（Ｉ／Ｆ）１２１を介して電子カウンタに用いるシリアルＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性記憶素子（以下、本体側メモリとする) １２２に接続されている。この本体側メモリ１２２には、ロータリー現像装置８に装着されるべき現像器６の現像器情報や、装置制御のために必要となるデータが記憶されている。またＣＰＵ１２０には、本体側メモリ１２２のみならず、各現像器６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋに設けられた現像器側メモリにもシリアルインターフェイス１２１を介して接続されており、本体側メモリ１２２及び現像器側メモリとの間でデータ転送可能となるとともに、入出力ポート１２３を介して各現像器側メモリにチップセレクト信号ＣＳを入力可能となっている。よって、所定の現像器６がコネクタ着脱位置に移動され、この現像器６のコネクタと本体側の共通コネクタとが接続された後に、チップセレクト信号ＣＳによって指定されたメモリからデータを読み取ることが可能となる。さらに、このＣＰＵ１２０は入出力ポート１２３を介してホームポジションを検出するＨＰ検出部３９とも接続されている。

ユニットコントローラ１０２の本体側メモリ１２２には、ロータリー現像装置８に装着される現像器６の状態を１ｂｉｔの「１」または「０」のデータで記憶しておくための４つの記憶領域が設定されている。ここで、「１」は、該当する現像器側メモリにアクセスできないか、または、その記憶素子から読み取った現像器情報がユニットコントローラ１０２の本体側メモリ１２２に記憶されている現像器情報とが相違する事象を示す異常データであり、「０」は該当する現像器６が装着されている事象を示す正常データである。

この記憶領域は、現像器ごとに設けられ、ロータリー現像装置８における装着位置情報と、収納されているトナーの色情報とに対応付けされている。ここでは、例えば、第１記憶領域にはイエロー現像装置６Ｙ、第２記憶領域にはマゼンタＭの現像器６Ｍ、第３記憶領域にはシアンＣの現像器６Ｃの装着状況を示すデータ、第４記憶領域にはブラックＫの現像器６Ｋの情報がそれぞれ記憶され、適正な現像器６がすべて装着されている場合には、各記憶領域にはいずれも「０」が記憶されている。これら記憶領域のデータは、例えば、ユーザが現像器６を取り外したまま電源を投入したり、現像器６を交換した際に誤って、装着されるべきでないトナー色の現像器６を装着し、これらの事象を検出すると、現像器交換位置に移動する前に、この事象を示すデータ「１」に書き換えられる。このデータ「１」は、対象となる保持部に適正な現像器６が装着後に、その処理動作が終了したことを示す信号、例えば、外装カバーの閉止により電源投入されることによって、装着された現像器６の記憶素子へのアクセスが試みられ、現像器情報が読み取られると、その現像器情報が対象となる保持部の現像器情報とが一致すると再び「０」に書き換えられる。

また、現像器側メモリには、トナー残量データやリサイクル情報としてのリサイクル回数を示すデータも記憶される。例えば、印刷が行われる毎に、印刷サイズや枚数等に応じたトナーの消費量がカウントされ、トナー残量データとして記憶され、このトナー残量データによりトナー残量が０と示されると、リサイクル回数を示すデータがカウントアップされる。

図５は中間転写ベルト上の展開画像により紙サイズと潜像形成範囲、非潜像領域を説明するための図、図６は画像形成モードによるロータリー現像装置の現像色切り替え動作と現像動作を説明するための図、図７は現像駆動と感光体の回転ムラとの関係を説明するための図である。

上記構成の画像形成装置１では、ホストコンピュータからの画像信号がインターフェイス（Ｉ／Ｆ）１１２を介してメインコントローラ１０１に入力されると、ユニットコントローラ１０２による駆動モータやバイアスの制御にしたがい、感光体３、ロータリー現像装置８の現像ローラ６ａ、中間転写ベルト１２が回転駆動され、まず、感光体３の外周面が帯電装置４によって一様に帯電される。感光体３の帯電された領域は、感光体３の回転に伴って露光位置に至り、露光装置５によって、１枚目の記録媒体に対応する画像情報に応じて、潜像が該領域の１枚目の潜像形成範囲に形成される。この間、ロータリー現像装置８は、現像器６の現像ローラ６ａが感光体３に当接するように回転移動する。このことにより、静電潜像のトナー像が感光体３上に形成される。感光体３上に形成されたトナー像は、トナーの帯電極性と逆極性の１次転写電圧が印加された１次転写ローラ１３により中間転写ベルト１２上に転写され、感光体３上に残留しているトナーは感光体クリーナ７によって除去される。

フルカラーの画像形成動作では、例えば最大Ａ３サイズ対応の中間転写ベルト１２に対して、Ａ４サイズの画像形成を複数枚行う場合には、図５（Ａ）に示すように中間転写ベルト１２上の画像領域（点線枠）に２枚の画像（１枚目、２枚目）を連続転写する。そのため、図６（Ａ）に示すようにＶｓｙｎｃを検出すると、まず第１色、例えばイエローＹの画像情報に応じ露光装置５によって感光体３の表面に選択的な露光（ビデオオン）がなされ、イエローＹの静電潜像が２回繰り返して形成される。一方、ロータリー現像装置８は、現像色切り替え動作によりイエローＹの現像器６Ｙの現像ローラ６ａが感光体３に当接するように回転移動して現像動作を開始し、イエローＹの静電潜像のトナー像が感光体３上に形成される。続けてそのトナー像がトナーの帯電極性と逆極性の１次転写電圧が印加された１次転写ローラ１３により中間転写ベルト１２上に転写される。この間、転写ベルトクリーナ１４、２次転写ローラ１５は、中間転写ベルト１２から離間されている。

４色フルカラー画像は、この一連の現像色切り替え、潜像形成、現像処理が画像形成信号の第２色目、第３色目、第４色目に対応して繰り返して実行されることにより、各画像形成信号の内容に応じたイエローＹ、マゼンタＭ、シアンＣ、ブラックＫのトナー像が感光体３から順次中間転写ベルト１２上において重ね合わされて転写され形成される。

そして、各色トナー像の重畳された画像が２次転写ローラ１５に達するタイミングで、給紙トレイ１７の記録媒体がピックアップローラ１８から、レジローラ、シート材搬送路１９を通して２次転写ローラ１５に搬送され、２次転写ローラ１５が中間転写ベルト１２に押圧されるとともに２次転写電圧が印加されて、中間転写ベルト１２上のトナー像が２次転写ローラ１５で記録媒体上に転写される。このようにしてトナー像が転写された記録媒体は紙搬送ユニット２２により定着ユニット２０まで搬送されると、定着ユニット２０により記録媒体上のトナー像が加熱加圧されて定着される。中間転写ベルト１２上に残留しているトナーは転写ベルトクリーナ１４によって除去される。

なお、両面プリントの場合には、定着ユニット２０を出た記録媒体は、その後端が先端となるようにスイッチバックされ、紙搬送ユニット２２の両面印刷用搬送路を経て、再び二次転写ローラ１５に供給され、中間転写ベルト１２上のフルカラートナー像が記録媒体上に転写され、再び定着ユニット２０により加熱加圧され定着され、排紙トレイ２１に排紙される。

次に、ブラックＫのトナーを用いて単色画像を複数の記録媒体に対し連続して画像形成する際の動作について説明する。ここで、用紙が最大サイズである場合には、図５（Ｂ）に示すように中間転写ベルト１２上の画像領域いっぱいに画像を転写する。ブラックＫのトナーによる単色の連続画像形成が設定されると、図６（Ｂ）に示すように駆動モータが動作し、ロータリー現像装置８は、現像色切り替え動作によりブラックＫのトナーを収容した現像器６Ｋの現像ローラ６ａが、感光体３と対向する現像位置まで回転移動する。

感光体３上に１枚目の記録媒体に対応する潜像が形成され、感光体３の回転に伴って移動し、潜像領域の先端（非潜像領域の後端）が現像ローラ６ａと対向する現像位置に接近すると、その現像位置に達する前に駆動モータ３１を作動させ現像動作の回転速度まで立ち上げることにより、現像器６ＫによるブラックＫのトナーで潜像を現像する。これにより、感光体３上にブラックＫのトナー像が形成される。ここで、非潜像領域とは、一の記録媒体分の潜像形成範囲（図５点線枠）と次に現像する記録媒体分の潜像形成範囲との間の領域である。

潜像が現像される間、駆動モータ３１の回転は、駆動出力歯車３２、ロータリーアイドラ歯車３３、現像器入力歯車３４を介して伝達され現像ローラ６ａは回転するとともに、ロータリー現像装置８への動力伝達経路は、例えば電磁クラッチが開放されて切り離される。感光体３上に形成されたブラックＫのトナー像は、１次転写ユニット１３により中間転写ベルト１２に１次転写され、カラー画像と同様に、２次転写ユニット１５によって記録媒体に２次転写されて、定着ユニット２０によって加熱加圧され紙等の記録媒体に融着される。

１枚目の記録媒体に対応する潜像の現像が終了して、感光体３の回転方向における潜像領域の後端（非潜像領域の先端）が現像ローラ６ａと対向する現像位置に達し、あるいはその所定時間経過後、駆動モータ３１は、図６（Ｂ）に示すように次の現像動作まで停止する。この間、ロータリー現像装置８及び現像ローラ６ａは回転しない。

続いて、感光体３上に２枚目の記録媒体に対応する潜像が形成され、潜像領域の先端（非潜像領域の後端）が現像ローラ６ａと対向する現像位置に接近すると、その現像位置に達する前に駆動モータ３１を作動させ現像動作の回転速度まで立ち上げることにより、現像器６ＫによるブラックＫのトナーで２枚目の潜像の現像を開始する。そして、２枚目の潜像領域の後端（非潜像領域の先端）が現像ローラ６ａと対向する現像位置に達し、あるいはその所定時間経過後、駆動モータ３１が停止する。

このように、単色画像を複数の記録媒体に対し連続して形成する際には、潜像領域の先端（非潜像領域の後端）が現像位置に達する前、潜像領域の後端（非潜像領域の先端）が現像位置に達した後の、潜像領域の外側、つまり非潜像領域で現像ローラ６ａの回転動作と、停止動作とが繰り返される。このことにより、現像ローラ６ａの回転動作、停止動作に伴い画像の先端や後端における画像の欠けや濃度の低下が生じるのを防ぐことができる。

複数枚の連続画像形成を行っている間、感光体３、中間転写ベルト１２は、連続して回転し、一方、ロータリー現像装置８、現像ロー等６ａは、回転と停止を繰り返している。しかも、現像動作において、現像ローラ６ａから感光体３上の潜像に充分なトナーを供給して現像を行うため、現像ローラ６ａの回転速度は、感光体３より速い回転速度に設定されている。また、感光体３上の露光装置５による露光位置、現像ローラ６ａが対向する現像位置、中間転写ベルト１２の１次転写位置は、感光体３の回転方向に対してそれぞれ順に下流側に離れている。そのため、感光体３の非潜像領域の後端が現像ローラ６ａの現像位置に達するときは既に露光は開始され、感光体３の非潜像領域の先端が現像ローラ６ａの現像位置を通過した時点では１次転写位置で中間転写ベルト１２にトナー像の転写が終了していないという関係にある。

感光体３上の特定の位置に着目すると、回転に伴って順に露光位置、現像位置、１次転写位置を通り、現像位置がそれらの中間になる。そのため、現像ローラ６ａの回転時間を必要最小限にするように回転と停止、現像色切り換え動作に伴う離当接を制御しようとすると、画像形成のための露光中となり、あるいは転写中となる。現像ローラ６ａの回転時間を必要最小限にすることは、トナーの無駄な消費を低減し、トナー飛散による機内汚染を低減し、トナーや層厚規制部材が無用に摩耗し、トナーに適正な電荷が与えられず、形成される画像の画質が低下するのを防ぎ、現像装置の寿命を延ばし、さらには現像色切り換え時間を短縮するなどなど、様々なメリットを有し、如何なる動作モードにおいても感光体３の回転ムラを抑制することが望まれる。

図７（Ａ）に示すように現像ローラ６ａと同軸上に配置したコロ６ｂを感光体３に突き当て、コロ６ｂを軸上でフリーに感光体３の回転に従動回転させている状態で、現像ローラ６ａを回転させたり止めたりすると、感光体３にとっては、負荷が大きく変化することになり回転ムラが生じる原因となる。特に、回転開始時、停止時には、大きな負荷の変化が生じる。例えばステッピングモータの電流が切れていてローターがフリーな状態から電流を流して回転駆動する初期には、機械的な遊びやガタ等により不規則な動き、衝撃が生じる。同様に、ステッピングモータをある位相で停止させて電流を切ると、それまでに電流が流れていたことにより作用していた拘束力が解放されていきなり零（フリー）になるため、やはり不規則な動きが生じる。これらの動きに伴い、定速度回転している感光体３に不規則な負荷の変動を与え、回転ムラを生じさせることになる。感光体３の回転ムラは、感光体３上に潜像を形成している時であれば潜像ムラを発生させ、感光体３上のトナー像を中間転写ベルト１２上に転写している時であれば画像ズレを発生させ、それらが画像にムラやスジとなって現れるため画像の劣化を招くという問題がある。

そこで、本実施形態では、現像ローラ６ａをステッピングモータで駆動し、位相制御により停止させて通電状態のまま同一の位相に保持してホールド状態とする。ここで、ホールド状態と、現像駆動時では、ホールド状態の方が現像駆動時よりも小さいトルクでよいので、ステッピングモータの回転を停止させて回転駆動時の電流よりも低い電流にして通電状態のまま同一の位相でホールド状態とする。このことにより、消費電力と発熱量を抑えることができる。現像ローラ６ａを現像速度から停止させる場合には速度のスローダウン制御を行い、停止から現像速度とする場合には速度のスローアップ制御を行うことにより、現像ローラ６ａが円滑に停止し、再起動するように制御を行う。

さらに、先に述べたように現像ローラ６ａの回転速度は、感光体３の回転速度より大きいため、現像ローラ６ａの回転速度のスローダウン制御においては、感光体３の回転方向に対して現像ローラ６ａの回転がプラス方向に作用している状態から、それらの周速比が１になる点を境にマイナス方向、つまり減速する方向に作用が反転する。同様に現像ローラ６ａの回転速度のスローアップ制御においては、感光体３の回転方向に対して現像ローラ６ａの回転がマイナス方向に作用している状態から、それらの周速比が１になる点を境にプラス方向、つまり加速する方向に作用が反転する。そのため、一様な加速度（負の加速度、減速度）で減速を行うと感光体３にとって特に周速比が１になる前後で負荷が全く逆の方向に反転し急激な変動が生じる。このような不具合を解消するため、現像ローラ６ａの回転速度が感光体３とほぼ同じ回転速度となる領域でその前後の速度領域よりも減速／加速する加速度（負／正の加速度）を小さくする。

例えば感光体３の周速度と現像ローラ６ａの周速度（実質的にはコロ６ｂでの周速度）が同じくなる領域で一旦加速度をほぼ零にすると、負荷が全く逆の方向に反転するとき最も滑らかな変動を実現できる。図７（Ｂ）に示すように現像ローラ６ａを減速するときの加速度（負の加速度、減速度）を一定にした場合には、図７（Ｃ）に示すように感光体速度変動が顕著に現れたが、これと比較して、図７（Ｄ）に示すように現像ローラ６ａの回転速度が感光体３とほぼ同じ回転速度近傍で加速度を小さく、零に近づけるようにすると、図７（Ｅ）に示すように感光体速度変動を抑えられることが判る。

以上の処理を行うためのプログラムは、例えば、図４中のＲＯＭ１２４に格納されており、このプログラムは、ＣＰＵ１２０によって実行される。本実施形態の画像形成装置によれば、カラー画像形成時において現像ローラ６ａが回転する累積時間と、単色連続画像形成時において現像ローラ６ａが回転する累積時間とはほぼ同じとなる。詳述すれば、現像ローラ６ａが回転する時間は、カラー画像形成時では、各色に対応する潜像を現像する時間であり、単色連続画像形成時では、各記録媒体に対応する潜像を現像する時間であって、いずれの画像形成時であっても、現像していないときには現像ローラ６ａが停止している。すなわち、特定色の現像装置を用いて連続して現像する場合であっても、感光体３上に潜像が存在しないときには、現像ローラ６ａを停止させるので、現像ローラ６ａの無用な回転を防止することが可能となる。

これにより、現像を行わない非潜像領域で現像ローラ６ａが無駄なトナーを搬送することによりトナーが消耗し、トナーが機内に散乱して汚染するのを防ぐことができる。しかも、停止中のホールド電流を低くすることにより、電力の無駄な消費、発熱を抑えることができ、停止と現像回転との間の回転の変化を滑らかにすることにより、感光体３の回転ムラの発生を押さえ、潜像の形成やトナー像の転写の際のズレの発生を防ぐことができるので、画像ムラ、スジの発生による画像の劣化を防ぐことができる。

また、現像ローラ６ａに当接されている例えばトナー供給ローラ、層厚規制部材、シール部材等の摩耗を低減させることが可能となる。さらに、これらの部材によって現像ローラ６ａ側に押圧され、且つ、互いに摩擦し合って帯電するトナーの摩耗を低減させることにより、トナーの無用な劣化を防止することが可能となる。これらトナー供給ローラ、層厚規制部材、シール部材の摩耗の低減、及び、トナーの劣化防止は、形成される画像の画質維持のみならず、再生される現像器のリサイクルにも有効である。

すなわち、単色画像形成に頻繁に用いられるブラックＫの現像器６Ｋと、その他の現像器６Ｙ、６Ｍ、６Ｃとに用いるトナー供給ローラ、層厚規制部材、シール部材等の部材の摩耗量の差が小さい場合には、それら摩耗し易い部材の形状及び材質を同一にすることにより、現像器６Ｋと、その他の現像器６Ｙ、６Ｍ、６Ｃとを分別することなく回収することが可能となり、さらに同一の工程によって現像器を再生することが可能となる。これによりリサイクルのための回収及び再生作業が容易になり、効率よくリサイクルすることが可能となる。さらに、このリサイクルの際には、前記各現像器６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋに備えた現像器側メモリのリサイクル回数を示すデータを読み出すことにより、回収された現像器の所定の部材について交換すべきか否かを容易に判断することが可能となり、さらにリサイクル作業の効率を向上させることが可能となる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上記実施の形態では、単色画像を複数の記録媒体に対し連続して画像形成する際において、非潜像領域を、一の媒体分の潜像形成範囲と次に現像する媒体分の潜像形成範囲との間の領域とし、現像ローラを停止させるタイミングを、感光体の回転方向における非潜像領域の先端が、現像ローラ６ａに達するときとしたが、非潜像領域を感光体の軸方向における全幅に亘って潜像が形成されていない領域としてもよい。この場合には、潜像形成範囲、及び媒体のサイズに拘わらす、潜像が存在しない位置では現像ローラを停止させるので、トナー供給部材、層厚規制部材、シール部材、及び、トナーなどの無用な消耗や摩耗、劣化を最大限防止することが可能となる。また、現像ローラを停止させるタイミングを、前記感光体の回転方向における非潜像領域の先端が、現像ローラに達し、最も接近し、その所定時間が経過した後とすると、潜像領域における現像が確保され、画像後端における画像の欠けや濃度の低下を防止することが可能となる。

本実施形態のロータリー現像装置８では、上記のように４つの現像器６Ｙ、６Ｍ、６Ｃ、６Ｋが着脱可能に搭載され、４色のフルカラーの画像形成装置となっているが、モノクロの画像形成装置として、トナーがブラックＫの現像器６Ｋのみを装着し搭載して、現像器６Ｋが待機位置（ホームポジション）で待機し、画像形成時にブラックＫの現像器６Ｋが待機位置から回転移動して現像位置で、感光体３上の静電潜像をトナー像に現像するものであってもよい。このことにより、フルカラーとモノカラーに同じ設計仕様のロータリー現像装置８を用いることができ、フルカラーとモノカラーの共用によりフルカラー専用、モノカラー専用の画像形成装置を設計するのに比べて保守管理、設計、製造のコストを大幅に削減することができる。

さらに、単色の連続画像形成時の紙間において現像ローラを停止させるものとして説明したが、フルカラーの画像形成時においても、２枚ずつ連続してトナー像を形成する小サイズの画像形成時の連続するトナー像の紙間に対して同様の制御を行うようにしてもよい。

本発明に係る画像形成装置の実施の形態を示す図である。現像器の駆動輪列と現像器の揺動付勢機構を示す図である。ロータリー現像装置の位置決め機構の例を示す図である。制御ユニットを含む全体の制御系の構成例を示す図である。中間転写ベルト上の展開画像により紙サイズと潜像形成範囲、非潜像領域を説明するための図である。画像形成モードによるロータリー現像装置の現像色切り替え動作と現像動作を説明するための図である。現像駆動と感光体の回転ムラとの関係を説明するための図である。

符号の説明

１…画像形成装置、２…本体ケース、３…感光体、４…帯電装置、５…露光装置、６…現像器、７…感光体クリーナ、８…ロータリー現像装置、９…ロータリーフレーム、１２…中間転写ベルト、１３…１次転写ローラ、１４…転写ベルトクリーナ、１５…２次転写ローラ、１６…電源装置、１７…給紙トレイ、２０…定着ユニット、２１…排紙トレイ、２２…紙搬送ユニット

Claims

潜像が形成される像担持体と、ステッピングモータにより回転駆動される現像剤を搬送する現像ローラを有し前記潜像を現像する現像器と、回転軸中心に前記現像器を支持して前記像担持体に対向する現像位置に回転移動させるロータリー現像装置とを備え、前記像担持体に形成された潜像を前記現像位置で前記現像器により現像し、該現像された現像剤像を転写位置で媒体に転写して画像を形成するように構成した画像形成装置において、
前記ステッピングモータにより前記現像位置にある前記現像ローラを前記像担持体の潜像領域で回転駆動し、前記像担持体の非潜像領域で回転を停止させて回転駆動時の電流より低い電流で同一の位相に保持しホールド状態とすることを特徴とする画像形成装置。
前記ステッピングモータの回転を停止させるとき、スローダウン制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
前記非潜像領域の先端が前記現像位置に達した後に前記スローダウン制御を開始することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記非潜像領域の先端が前記転写位置に達した後に前記スローダウン制御を開始することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記潜像領域の後端が前記現像位置に達した後に前記スローダウン制御を開始することを特徴とする請求項２に記載の画像形成装置。
前記現像ローラの回転を停止させるとき、前記現像ローラが前記像担持体と同じ回転速度近傍で減速加速度を落とすようにしたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の画像形成装置。
前記非潜像領域の後端より前記ステッピングモータにより前記現像ローラを回転駆動するとき、スローアップ制御を行うことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の画像形成装置。
前記非潜像領域の後端が前記現像位置に達する前に前記スローアップ制御を開始することを特徴とする請求項７に記載の画像形成装置。
前記非潜像領域は、特定の前記現像器により前記像担持体に複数の潜像を連続して形成し現像する場合の前記連続する潜像間であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の画像形成装置。
前記現像位置にある前記現像器は、現像ローラと同軸上に配置したコロにより前記像担持体に突き当てられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の画像形成装置。